基于改进的Halpin-Tsai模型对颗粒增强复合材料弹性常数预测

为了预测不同形状颗粒增强复合材料的弹性常数,以碳化硅(SiC)颗粒增强环氧树脂为例,建立了不同颗粒形状的代表性体积元(RVE)模型,研究了不同颗粒形状及其体积分数对复合材料弹性常数的影响。通过改进的Halpin-Tsai模型,得出了形状因子与体积分数、颗粒体积和几何因子之间的关系式。有限元模型和改进的Halpin-Tsai模型计算的复合材料弹性常数结果相近,最大误差仅为4%。研究表明,改进的Halpin-Tsai模型可以用于预测碳化硅颗粒增强环氧树脂复合材料的弹性常数。

功能梯度石墨烯增强自旋圆柱壳的振动特性

目的为了研究旋转状态下功能梯度石墨烯增强复合材料(FG-GPLRC)圆柱壳的振动特性,方法基于改进的Halpin-Tsai微观力学模型与复合材料夹杂理论预测多种分布模式下石墨烯增强结构的等效材料属性。同时,考虑由旋转引起的科氏力与离心力作用,采用一阶剪切变形理论对FG-GPLRC自旋圆柱壳的能量表达式进行推导。之后,选取切比雪夫多项式构造位移容许函数,基于Rayleigh-Ritz法对FG-GPLRC自旋圆柱壳的行波振动特性进行分析,得到壳体的动力学微分方程进而求解出行波振动频率。最后,通过与现有文献数据进行对比,验证本文方法的准确性,并分析分层数、转速、石墨烯片的质量分数与分布模式等因素对旋转壳体振动特性的影响。结果石墨烯片分层数为10层时,即可实现对FG-GPLRC自旋圆柱壳振动特性的预测;石墨烯质量分数小于2%时,每增加0.5%,壳体的前后行波频率明显提高;在不同模态下,GPL-X分布模式的壳体行波频率最高,GPL-O分布模式最低,且行波频率随转速的提高而增大;弹性边界条件下,壳体行波振动频率随轴向半波数的增大而增加。结论石墨烯片在GPL-X分布模式下使得FG-GPLRC自旋圆柱壳的等效弹性模量增大,对壳体结构刚度的增强效果最佳,且前后行波频率与壳体转速同步增大。

Tsai-Wu准则用于三维编织复合材料矩形梁强度计算

以Tsai-Wu强度准则的二阶表现形式为基础,提出了一种计算三维编织复合材料矩形截面梁纵向拉伸强度的理论方法.该方法把三维编织复合材料看作横观各向同性材料,从而在确定Tsai-Wu强度准则的各阶强度张量系数时可以进行简化,使Tsai-Wu强度准则能较好地应用于三维编织复合材料的强度计算.通过理论计算与实验结果也验证了这结论.

机器视觉中摄像机标定Tsai两步法的分析与改进

为提高摄像机标定精度,本文在分析Tsai两步标定法优缺点的基础上,提出了一种新的标定方法。该方法针对面阵CCD摄像机,建立新的综合畸变模型,并运用两步迭代法逐步逼近精确解,取消了Tsai两步法中对摄像机镜头只有径向畸变的限定,可用于多种复杂的镜头畸变情况。改进的方法只使用一平面标定板和单幅图象,操作简便,相比Tsai两步法中无法用平面标定板直接求解全部标定参数而言是一个突破。实验结果表明,改进方法速度快且精度较高,可广泛应用于机器视觉研究、工业三维测量等多个领域的摄像机标定。

轮对在线检测中Tsai异面标定算法研究

基于光截图像测量技术的轮对在线检测中,面阵CCD摄像机拍摄的轮对光截曲线畸变严重,摄像机标定方法和标定精度直接影响轮对检测精度。本文根据非线性畸变成像模型,提出了一种基于移动平面标定板的Tsai异面标定算法。根据径向约束条件和一阶径向畸变公式,利用最小二乘法和Levenberg-Marquardt优化算法标定出摄像机内、外部参数。并根据现场安装位置要求和光截曲线关键点区域分布情况,设计了标定板及其三个安装位置,实现了图像特征点提取和摄像机参数的标定。实验结果表明,Tsai异面标定算法标定精度在0.1 mm以内,满足轮对在线检测对标定精度的要求。

不同林分类型下油松毛虫(Dendrolimus tabulaeformis Tsai et Liu)种群遗传多样性

采用AFLP技术对平泉县的1个油松-落叶松混交林和2个油松纯林中油松毛虫(Dendrolimus tabulaeformis Tsai et Liu)的135个个体进行了遗传多样性和遗传结构的研究,并调查了3个油松林群落的各种环境条件。结果表明,纯林中油松毛虫种群的遗传多样性高于混交林中的油松毛虫种群;林木生长状况为影响不同油松纯林群落中油松毛虫种群遗传多样性的重要因素;混交林对油松毛虫种群之间的基因流有阻断作用,油松毛虫种群的基因流大小与油松林之间的物种多度呈反相关。

一种基于Tsai法的摄像机改进标定法

为了提高摄像机标定精度和降低标定的复杂度,在Tsai两步标定法的基础上,提出了一种改进标定法.该方法采用分步标定的思想,以创建的平面模板为标定物,利用共面点便可线性求解出摄像机的内外参数.建立的摄像机模型考虑了径向畸变,有利于提高标定精度,标定过程只需要线性计算,避免了繁琐的非线性优化.

微纤化/纳米纤维素复合绝缘纸的力学特性及计算方法

油纸绝缘变压器的绝缘纸处于强机械振动和机械冲击的作用环境中,这对绝缘纸的强度和抵抗变形的能力提出了很高的要求。因此,实现对纤维素绝缘纸机械性能的有效提升和准确预测至关重要。文中通过微纤化/纳米纤维素的体相掺杂,制备出不同质量分数的纳米纤维素晶须、纳米纤维素纤维和微纤化纤维素改性绝缘纸。然后对不同掺杂浓度下微纤化/纳米纤维素改性绝缘纸的微观形貌、应力-应变曲线和杨氏模量进行测量,对比了不同长径比的微纤化/纳米纤维素对绝缘纸机械性能的改性效果。从自身强度、形态、界面效应和团聚效应等方面分析了微纤化/纳米纤维素对绝缘纸的改性机理。在详细实验结果和综合分析的基础上,基于Halpin-Tsai模型对理想情况下填料改性作用的分析,考虑到团聚相和界面相的影响,实现了对不同掺杂浓度下改性绝缘纸杨氏模量的预测。独立实验验证表明,所提出的预测模型误差小于1.57%。该研究对实现绝缘纸的纳米改性和机械性能预测具有重要意义。

黄脊竹蝗胚胎发育与卵滞育发生阶段

[目的]探明黄脊竹蝗的胚胎发育特征、历期和卵滞育的发生阶段。[方法]采用体式显微镜观察黄脊竹蝗不同发育阶段的胚胎形态和发育历期,并对不同发育阶段蝗卵的含水量和胚胎长度、触角长度、头幅大小进行测定。[结果]在25℃恒温条件下,黄脊竹蝗的胚胎发育分为10个阶段,产卵后第2—5 d为第I阶段,第6—9 d为第Ⅱ阶段,第10—16 d为第Ⅲ阶段,第17—24 d为第IV阶段,第25—32 d为第V阶段,第33—75 d为第VI阶段,第76—85 d为第VII阶段,第86—92 d为第Ⅷ阶段,第93—100 d为第Ⅸ阶段,第101—109 d为第X阶段。胚胎发育可分为4个发育时期:第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段为胚胎起始发育期,第Ⅲ阶段和第Ⅳ阶段为胚胎的快速发育期,第Ⅴ—Ⅶ阶段为缓慢发育期,第Ⅷ—Ⅹ阶段为恢复发育期。产卵后第45 d之后卵粒进入滞育发育,卵滞育发生在第VI阶段。[结论]本研究明确了黄脊竹蝗胚胎发育历期及卵滞育发生的胚胎发育阶段,为明晰黄脊竹蝗卵滞育机制提供了基础信息。

黄脊竹蝗对10种禾本科植物的取食选择

黄脊竹蝗Ceracris kiangsu Tsai是一种危害性极大的草地和森林害虫,主要危害禾本科植物,掌握黄脊竹蝗的食性偏好可为其防控提供理论基础。本研究选取10种禾本科植物:多年生黑麦草Lolium perenne L.、高丹草Sorghum hybrid sudangrass、苏丹草Sorghum sudanense(Piper) Stapf.、扁穗雀麦Bromus cartharticus Vahl.、白茅Imperata cylindrica(L.) Beauv.、玉米Zea mays L.、青皮竹Bambusa textilis McClure、箬竹Indocalamus tessellatus(Munro) Keng f.、刚竹Phyllostachys sulphurea(Carr.) A.‘Viridis’、箭竹Fargesia spathacea Franch.,研究黄脊竹蝗不同龄期的跳蝻及成虫取食能力、取食偏好、取食频率与时间关系的差异。结果表明:黄脊竹蝗取食量随着龄期的增加而持续增加,跳蝻喜食禾本科牧草,2~5龄跳蝻取食最多的禾本科植物为白茅,3龄时开始出现暴食,5龄时达到取食峰值;成虫多喜食竹类和玉米,其中,取食偏好玉米和青皮竹,且成年雌性取食量高于雄性;黄脊竹蝗的活动时间与一天的温度与光照有密切关系,一天内取食频率会出现两个高峰期(即上午10∶00-12∶00,下午15∶00-18∶00)。研究结果为黄脊竹蝗防控提供理论基础,也为黄脊竹蝗的人工饲养及开发利用提供基础数据。

基于蔡氏模量的复合材料刚度分析方法

蔡氏模量是复合材料力学领域一个新概念,可用于简化复合材料层压结构的设计、分析与优化。这一概念已得到理论验证和工程应用,但尚未在复合材料力学教学中普及。本文对蔡氏模量基本理论、教学方法与工程意义进行探讨,以提升学生对蔡氏模量的认识及应用能力。教学实践表明,该方法提高了学生对复合材料层压结构刚度的计算分析能力,增进了学生对经典层合板理论等传统分析方法的理解,有利于工程创新能力培育和新工科创新人才培养。

基于Tsai的阴影恢复新算法在SMT焊点三维重建的应用

为了有效地控制表面组装的质量和可靠性,同时也为SMT焊点形态的三维重建和形态恢复提供准确的数据来源,提出一种以Tsai局部阴影算法为基础,结合中值滤波技术和引入Phong光照模型建立的改进阴影恢复算法;通过对实际焊点重建的结果分析来看,该算法在SMT焊点的三维重建和三维形态恢复中能有效改善重建表面的光滑性和准确性,提高算法的抗噪性及拓展算法的应用范围,具有相当好的实用性和经济性。

基于Tsai-Hill理论环氧玻璃钢管的强度分析

目前是按照工程经验对环氧玻璃钢管支撑结构进行设计,缺乏系统的理论研究。为了能有效地评估环氧玻璃钢管支撑结构的安全性,进而合理对其进行设计校核,本文首先依照纤维增强塑料性能的测试方法,对环氧玻璃钢材料进行低温力学性能测试试验;然后以应变强化型移动式真空绝热容器为研究对象,针对不同工况的运输环境,采用非线性有限元分析方法对该容器进行数值模拟,利用Tsai-Hill强度理论对环氧玻璃钢管结构进行强度校核。试验结果表明,环氧玻璃钢材料在低温环境下具有较好的拉压性能,但是抗剪切性能较差。模拟研究结果表明,低温液体运输车在实际运输过程中遭遇颠簸的路况时,相比于其他工况,此工况下支撑结构区域的Mises等效应力最大,但小于材料的许用应力;不同工况下固定端下支撑处的环氧玻璃钢管支撑结构相比于其他位置处所受的应力较大;环氧玻璃钢管作为该类容器的主要支撑构件,不同工况下其强度校核值远小于1,能够保证容器的安全运输。

双功能梯度石墨烯片增强金属-陶瓷基圆柱壳的行波振动分析

采用Halpin-Tsai微观力学模型和传递矩阵方法,开展了旋转态双功能梯度石墨烯片增强复合材料圆柱壳体的行波振动特性研究。描述了金属-陶瓷功能梯度基体和5种石墨烯片分布模式的材料属性,基于Love壳理论和传递矩阵方法,考虑转速影响推导了任一截面状态向量的常微分方程和整体传递矩阵关系。以固支-自由(悬臂)边界条件为主,对动力学微分方程进行求解计算,验证了分析方法的合理性。结果表明:低阶模态以轴向半波数为1和周向模态的振动为主,转速引起的科氏力使行波曲线出现分离现象;行波频率随着石墨烯质量分数的增加而增大,分布模式对振型顺序的影响较小,基体体积分数指数对振动特性的影响较大,而石墨烯片层数对振动特性的影响很小,不同倍频激励对共振特性的影响不同。

基于非纤维方向应力疲劳模型的复合材料层合板振动寿命预测

复合材料结构在服役过程中会受到外部载荷激励影响而产生随机振动,由于铺层角度的多样性使其寿命预测方法尚不明确。为确保复合材料结构安全服役,需探明复合材料不同铺层角度的振动疲劳寿命预测方法。本文提出一种基于非纤维方向S-N曲线的预测方式,考虑了复合材料的各向异性和多轴应力状态,以Tsai-Wu准则为基础,结合频域法对[0/90]s铺层的复合材料层合板进行了振动疲劳寿命预测。结果表明,非纤维方向S-N曲线能够较为准确地预测复合材料层合板的寿命,且Zhao-Baker概率密度函数模型的准确性最高。

基于Tsai-Wu失效准则的TSCB人行桥强度分析

随着FRP(Fiber Reinforced Polymer)技术的快速发展,给公共和工业用人行桥提供了新型有效的解决方案.FRP建造桥梁结构具有施工速度快、重量轻、耐腐蚀性好、易于维护等优点.本文以瑞士FRP结构TSCB(Twin Shape Composed Beam)人行桥为工程背景,利用有限元分析软件ANSYS对TSCB人行桥桥梁强度及形变进行了有限元仿真分析.对TSCB人行桥在极限行人载荷下的跨中竖向最大挠度进行了仿真,并运用Tsai-Wu失效准则对TSCB人行桥的各层材料进行了强度分析,为TSCB人行桥的安全性提供了设计参考.

功能梯度石墨烯增强阶梯圆柱壳的振动特性分析

基于Rayleigh-Ritz法分析功能梯度石墨烯增强复合材料(Functionally Graded Graphene Platelets Reinforced Composite,FG-GPLRC)阶梯圆柱壳的振动特性。首先,采用改进的Halpin-Tsai微观力学模型和复合材料夹杂理论,确定FG-GPLRC的等效材料属性。其次,基于微元法思想和1阶剪切变形理论建立每一子段的基本方程。最后,建立Lagrange动力学能量泛函方程,通过Rayleigh-Ritz法求解FG-GPLRC阶梯圆柱壳的固有频率,并验证方法的有效性。研究表明,FG-GPLRC阶梯圆柱壳的固有频率随层数的增加变化趋势减小,石墨烯质量分数和分布模式会影响圆柱壳的固有频率;弹性边界条件下弹簧刚度系数越大,FG-GPLRC阶梯圆柱壳的第一阶固有频率越大。

基于ICP算法的苹果采摘机器人手眼标定方法

苹果采摘机器人手眼协同作业过程中手眼关系的精度是影响机器人作业效率和作业精度的关键因素之一.针对传统手眼标定方法求解精度低、线性化求解时解耦精度丢失和非线性求解时累积误差较大等问题,提出一种基于ICP算法的手眼标定方法.以Tsai Lenz法的求解结果作为ICP匹配算法初值,通过确定ICP匹配算法中误差阈值和迭代次数最优组合得到精确的手眼转换关系.试验结果表明,本文方法避免了求解时精度丢失和误差积累等问题,与Tsai Lenz算法相比,旋转精度提高了13.6%,平移精度提高12.47%.

Hahn-Tsai复合材料的非线性杂交应力有限元方法

成功建立了Hahn-Tsai复合材料模型的非线性杂交应力有限元方程,采用Newton-Raphson迭代法求解结构的非线性位移方程。在迭代过程中,为了提高计算效率可采用简单迭代法由节点位移求解单元应力场。但是,当载荷增加到一定程度以后,非线性应力场由于循环迭代而无法收敛,显然,一般的加速方法不能解决这种循环迭代的发散问题。因此,本文发展了一种确实有效的非线性应力场迭代新方法,在不增加计算工作量的情况下,不仅极大地提高了收敛速度,而且对于较大载荷也能够很好地收敛,从而解决了大载荷下非线性杂交元方法失败的关键问题。数值算例表明该方法是确实可行的。

基于Tsai的共面点摄像机线性标定

提出了一种基于Tsai的共面点线性标定求解摄像机内外参数的方法。首先确定图像的纵横比和光学中心的标定。然后对Tsai算法的第二步进行改进,求解f,k,tz。该方法的特点是采用共面点标定物,利用线性标定进行求解。实验结果表明,该方法是一种精度较高的、简单实用的摄像机标定方法。